Vận hành và khai thác các thiết bị gia công thấu kính quang học tại Trung tâm Quang điện tử

Bề mặt cầu là bề mặt cơ bản của hầu hết các thấu kính, gương – phần tử cơ bản của nhiều loại dụng cụ hay các hệ thống quang học. Công nghệ chế tạo các bề mặt cầu đã được nghiên cứu, phát triển từ rất lâu. Hiện nay, công nghệ chế tạo mặt cầu có thể được phân ra 4 nhóm: 1) Mài nghiền dùng bột mài không liên kết; 2) Mài dùng bột mài liên kết (đá mài kim cương) trên máy phay chính xác; 3) Mài trên máy tự động điều khiển số (máy CNC) sử dụng đá mài kim cương; 4) Tiện kim cương (Diamond turning) trên máy tiện siêu chính xác với dụng cụ là mũi kim cương.

Năm 2019, trong khuôn khổ dự án tăng cường trang thiết bị “ Phòng thí nghiệm Quang cơ điện tử”, Trung tâm Quang điện tử đã tiếp nhận một số thiết bị gia công thấu kính quang học (hình 1,2,3) của Công ty SIDAI (Hàn quốc). Các thiết bị này thuộc nhóm 2 nêu trên, phương pháp mài sử dụng đá mài kim cương.

Sau một thời gian ngắn, với sự đào tạo và trợ giúp trực tiếp của các chuyên gia đến từ SIDAI, các thiết bị đã nhanh chóng được lắp đặt, vận hành và đưa vào khai thác. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu một số sản phẩm tiêu biểu đã được gia công, là những thành quả ban đầu trong việc vận hành và khai thác các thiết bị nói trên.

I. Quy trình gia công

1. Chuẩn bị phôi thấu kính với lượng dư cắt gọt khoảng 0.5 – 0.8 mm đối với các thấu kính có đường kính từ Ø10 – Ø100. Phương pháp gia công truyền thống là cưa cắt – mài phôi thô, vẫn đang được sử dụng tại nhiều nhà máy ở Việt nam đối với lô hàng có số lượng nhỏ, có một số hạn chế chính là: năng suất thấp, tiêu hao nhiều vật liệu. Hiện nay, khi số lượng sản phẩm lớn, phôi gia công thấu kính thủy tinh được ép nóng định hình để có hình dáng sơ bộ cho nguyên công tiếp theo.

2. Tiếp theo là nguyên công phay mặt cầu thấu kính. Bước công nghệ này được thực hiện trên Máy phay CG-2.0 cho các loại thấu kính có đường kính từ Ø10-Ø100mm. Bán kính cầu được tạo ra bởi các loại dao phay kim cương với các kích thước và cỡ hạt khác nhau. Sai số về độ đồng tâm của bán kính cầu với tâm thấu kính đạt khoảng 0.05 – 0.1 mm. Độ chính xác bán kính cầu đạt khoảng 0.05 – 0.1 mm. Độ nhám bề mặt đạt cấp 8 – 10 phụ thuộc vào cỡ hạt của dao phay kim cương. Máy phay CG-2.0 cho phép chế tạo các thấu kính có độ chính xác cao và cho năng suất vượt trội so với các phương pháp mài thô truyền thống.

3. Sau khi thấu kính được kiểm tra và đạt yêu cầu bản vẽ quy trình công nghệ của sản phẩm, sẽ được tiến hành mài mịn và mài bóng trên thiết bị mài bóng 4 trục HSCPM4. Thiết bị này có 4 trục lắp nấm mài kim cương, trong đó 2 trục số 1 và số 2 dùng để mài mịn và 2 trục số 3 và số 4 dùng để mài bóng mặt cầu thấu kính có đường kính từ Ø10 – Ø100. Để mài mịn, cần sử dụng từ 4 đến 6 loại nấm mài kim cương có cỡ hạt từ 7µm đến 120µm. Các nấm mài kim cương này được chế tạo chính xác trên máy mài sửa nấm mài TPL-1 bằng công nghệ mài nghiền. Bán kính cầu qua khâu mài mịn đạt độ chính xác về bán kính cầu là từ 0.2 µm đến 0.5 µm. Độ nhám mặt cầu đạt Rz 0.1. Để mài bóng mặt cầu, cần dùng đến trục đá mài số 3 và số 4 của HSCPM4. Trên 2 trục này sẽ được lắp 2 nấm mài phủ nhựa tổng hợp để phục vụ cho việc mài nghiền bóng bề mặt cầu thấu kính.

II. Một số kết quả đạt được

Các nấm mài mịn kim cương và mài bóng phủ nhựa mài tổng hợp được thiết kế và chế tạo đã đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật cần thiết. Chúng tôi đã chế tạo được các loại ‘Nấm bát’ mài bóng có độ chính xác mặt cầu đạt 5 µm đến 8 µm để phục vụ chế tạo các linh kiện quang học cho ứng dụng đặc biệt của quốc phòng.

Trên máy mài 4 trục HSCPM4, đã chế tạo được loại thấu kính khác nhau có đường kính từ Ø10 – Ø100 với độ chính xác cao. Bằng các giải pháp chế tạo nấm mài kim cương và nấm mài bóng có độ chính xác cao, Trung tâm Quang điện tử đã bước đầu làm chủ các thiết bị trong dự án và công nghệ chế tạo mặt cầu các thấu kính. Đặc biệt, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công một số dưỡng đo giao thoa ở cấp chính xác N ≤0.5, êN ≤0.2 và Rz 0.05.

Sau đây là một số sản phẩm tiêu biểu được chế tạo thành công trên các thiết bị CG-2.0, HSCPM4 và TPL-1:

  • Trên thiết bị CG-2.0: các thấu kính đạt độ chính xác bán kính êR =0.05; độ đồng tâm bán kính với tâm thấu kính ≤ 0.05; độ nhám bề mặt đạt Rz 0.5 cho các thấu kính từ Ø10 – Ø100. (Xem hình 4)

Hình 4: Một số sản phẩm của thiết bị CG-2.0

  • Trên thiết bị HSCPM4: mài bóng các bề mặt cầu các thấu kính có độ chính xác cao: N ≤ 0.5, êN ≤0.2, Rz 0.5 cho các thấu kính từ Ø10 – Ø100. (Xem hình 5)

Hình 5: Một số sản phẩm của thiết bị HSCPM4

  • Trên thiết bị TPL-1: Đã chế tạo các nấm mài kim cương phục vụ cho bước công nghệ mài tinh đạt được các yêu cầu đề ra. (Xem hình 6)

Hình 6: Một số sản phẩm của thiết bị TPL1

Trên cơ sở các kết quả đã đạt được, có thể khẳng định: Trung tâm Quang điện tử đủ khả năng chế tạo các loại thấu kính và gương bằng thủy tinh/tinh thể hoặc kim loại. Chúng tôi mong muốn được hợp tác với các đối tác, triển khai chế tạo loạt nhỏ và vừa các loại thấu kính có đường kính từ Ø10 – Ø100.

Nguồn: Trung tâm Quang điện tử